大气腐蚀资料

材料的大气腐蚀所造成的损失占全部腐蚀的一半.因此,开展大气腐蚀与防护对策的研究具有重要意义。

美国试验与材料学会(ASTM) 自1916年便开始大气腐蚀的研究,Larrabee等先后进行大气腐蚀数据积累工作,总结腐蚀规律,探讨腐蚀机理。我国材料自然环境(大气、海水、土壤) 腐蚀试验开始于20 世纪50 年代中期,1955 年开始建立大气腐蚀试验网站,60 年代中期至70 年代末期试验一度中断。1980 年我国大气、海水、土壤腐蚀试验网站全部恢复建设,开始了我国常用材料大气、海水、土壤环境中长期、系统的腐蚀试验研究,并取得了大量有价值的研究成果。本文主要以铝和铝合金为例简单阐述大气腐蚀的危害和防护。

铝和铝合金具有优异的性能,在交通、能源、食品、电子等领域都有广泛的应用, 特别是航空工业。大多数铝和铝合金有良好的抗大气腐蚀性能,可以在没有保护的情况下长期地使用,不会由于出现孔蚀而导致结构失效。暴露在大气中的铝合金表面逐渐地由光亮变暗、灰白,甚至变黑(在污染的大气中)。铝合金在大气中的腐蚀一般表现为表面出现浅坑从而变得粗糙不平,但没有明显的厚度减少。对铝-铜系和铝-锌-镁系高强铝合金是个例外,它们可能出现晶间腐蚀或者层状腐蚀,尤其在腐蚀性的工业大气和海洋大气中非常显著。随着我国工业化进程的发展和经济目标的定位,中国的大气污染程度有加重的趋势,铝和铝合金的大气腐蚀问题将会较先前明显；而且人们对铝合金的耐大气腐蚀性有了更高的要求,既保持性能,又要有良好的外观。

大气腐蚀的传统研究方法

大气腐蚀的传统研究方法包括大气环境暴露试验、室内加速腐蚀试验、表面腐蚀形貌观察和腐蚀产物分析等等,传统的失重法一直是确定大气腐蚀速度的方法,在分析技术上主要借助于一些物理手段,如X- 射线衍射分析(XRD) 、扫描电镜(SEM) 、电子探针法(EPMA) 、X- 射线光电子能谱法(XPS) 等。

2.1.1 大气环境暴露试验

大气环境暴露试验包括户外暴露试验和室内暴露试验. 自然环境下的暴露试验一直是研究大气腐蚀最通常的试验方法. 大气暴露试验的优点是较能反映现场实际情况,所得的数据直观、可靠. 可以获得户外自然环境下金属的腐蚀特征、腐蚀规律,用来估算该环境下金属的使用寿命,为合理选材、有效设计和制定产品防护标准提供依据. 一般来说,大气环境暴露试验周期长,而且试验结果是多种环境因素共同作用的反映。

影响大气腐蚀的主要因素及腐蚀规律的研究，现已普遍认为,影响大气腐蚀的主要环境因素有3个:温度在零度以上时湿度超过临界湿度的时间(润湿时间)、二氧化硫的含量、盐粒子的含量

2.1.2 室内加速腐蚀试验

室内加速腐蚀试验包括盐雾试验、膏泥腐蚀试验(Corrodkote 试验)、电解腐蚀试验( EC 法)、二氧化硫气体腐蚀试验和干P湿交替复合循环试验等. 其中盐雾试验被认为是模拟海洋大气对不同金属(有保护涂层或无保护涂层) 作用的最有用的实验室加速腐蚀试验方法,并且与室外大气腐蚀试验具有良好的相关性；膏泥腐蚀试验主要适用于Cr 、Cu2Ni2Cr 和Ni2Cr 镀层的加速腐蚀试验. 一般认为60年代发展起来的泥膏腐蚀试验具有过程快速、重现性好、与室外大气试验相关性好等优点,因此,ASTM B368 已正式将其列入装饰性多镀层铬腐蚀试验标

准,我国也建立了相应的国家标准GB6465 - 86《金属和其他无机覆盖层腐蚀膏腐蚀试验(CORR 试验) 》。二氧化硫气体腐蚀试验是一种快速的工业性气体腐蚀试验方法,通常以SO2 来模拟工业城市大气进行人工加速腐蚀试验. 只要在试验时适当控制SO2 气体的浓度、温度和湿度,就能取得满意的试验结果。我国国家标准GB2423. 19 - 81 规定了评定含SO2 大气对金属镀层的触点和接触特性的影响的试验方法。因为大气腐蚀是一种干P湿交替循环的过程,所以干P湿交替复合循环试验也是室内加速腐蚀试验常用的方法之一,用它可以研究低碳钢的大气腐蚀过程及各种介质的影响,能较好地再现现场试验的腐蚀规律§2.2 大气腐蚀的电化学研究方法

金属的大气腐蚀是电化学腐蚀的一种特殊形式,是金属表面处在薄层电解质液膜下的电化学腐蚀过程. 因此,大气腐蚀过程既服从电化学腐蚀的一般规律,又具有大气腐蚀的特第三章铝和铝合金的大气腐蚀机理

铝和铝合金的表面氧化膜是铝合金具有耐大气腐蚀性的主要原因。铝的氧化膜(γ- Al2O3 ) 在室温的大气中就可以生成,而且非常迅速和致密,厚度为25～30。也就是说,氧化膜在大气环境中具有自修复功能。大部分的降雨、差不多所有的雾、表面蒸发浓缩的液层和铝表面小孔内的电解质都会使铝处于腐蚀状态。环境因素对铝的大气腐蚀的影响和其它金属相似,与环境大气的相对湿度、温度、大气中SO2 的浓度、Cl - 的含量以及降水的数量、酸度相关性较大,同时也受到O3 ,NOx 及CO2 等污染组分的轻微影响。

响.

§3.1 SO2和NO2对铝的大气腐蚀

SO2 吸附在铝表面和在液膜下的溶解和水化,生成HSO-3。然后,在H2O2 、O3 或者Fe 、Mn等过渡金属杂质的作用下, HSO -3 被氧化成SO2 -4。最后, SO2 -4和从金属铝或者Al (OH) 3 溶解下来的Al3 + 生成非晶态的硫酸铝化合物. 暴露海洋和工业大气中的铝的腐蚀产物中,硫酸铝化合物是最为丰富的。

SO2 和NO2 的大量排放,会造成局部地区出现酸雨,大大加速了许多材料(包括铝) 的大气腐蚀破坏。单一的NO2 对铝的大气腐蚀的影响并不十分显著。SO2 和NO2 是否对铝的大气腐蚀存在协同作用,目前仍有争议

§3.2 氯离子对铝的大气腐蚀

氯离子的存在是引起铝和铝合金大气腐蚀的重要原因. 由于铝的氯化物具有可溶性,在户外暴露的铝表面上并没有大量的氯化物层存在,只有少量的氯离子进入到腐蚀产物层. Cl-通过竟争吸附,逐渐取代Al (OH) 3 表面上的OH- 生成AlCl3。

§3.3 CO2对铝的大气腐蚀

空气中的CO2 能有效地阻碍NaCl引发的铝的大气腐蚀. 铝在不含CO2 潮湿空气中的腐蚀速率,和在正常CO2 水平的空气中的腐蚀速率相比,约是后者的20倍。有人认为,CO2 中和了在铝表面阴极区氧还原产生的氢氧根离子,降低了液层pH值,从而使得铝的溶解速率下降。

§3.4 O3对铝的大气腐蚀

一般认为:O3 是潜在的加速剂,通过氧化H2S、SO2 和NOx 而影响金属的大气腐